Tại phiên tòa sơ thẩm, HĐXX đã tuyên phạt Đặng Trần Hoài hai án tử hình về hai tội giết người và hiếp dâm trẻ em. Ngoài ra, Hoài còn phải nhận một án tù giam 5 năm về tội cướp tài sản. Trong phiên tòa phúc thẩm, sẽ có hai luật sư thuộc Đoàn Luật sư TP Hà Nội tham gia bào chữa cho bị cáo Hoài. Thẩm phán Lương Đức Chính, TAND tối cao được phân công làm Chủ tọa phiên tòa phúc thẩm.
Trước khi phiên tòa xét xử phúc thẩm diễn ra, được biết gia đình bị hại đã có đơn đề nghị giảm nhẹ một phần hình phạt cho Hoài. Nguyên nhân xuất phát từ tình nhân đạo của gia đình bị hại vì cảm thương người vợ trẻ, con thơ và cha mẹ già của Hoài. Bản án sơ thẩm xác định, sáng 29/7/2012, Hoài đến xã Mễ Trì, huyện Từ Liêm, Hà Nội dự lễ cưới người quen. Sau khi uống rượu ở đám cưới, Hoài đi xe máy về thị xã Sơn Tây. Khoảng 15h30', Hoài qua nhà anh H. thấy cửa mở nên dừng xe vào trong sân nhà anh H. lấy trộm áo để mặc. Nhìn thấy hai bé gái ngồi chơi đùa lại không thấy người lớn ở nhà, Hoài đã thực hiện ý đồ đồi bại với cháu gái 8 tuổi và sát hại cháu gái 4 tuổi. Trong lúc Hoài đang thực hiện hành vi phạm tội thì bị người dân khu vực phát hiện nên đã bỏ chạy và cướp xe máy của người đi đường, nhưng bị quần chúng bắt giữ ngay.
Sau phiên tòa sơ thẩm, Hoài đã làm đơn kháng cáo toàn bộ bản án